為了籌備這場決戰，日本蓄謀已久，帝國大本營甚至下令所有的戰場和資源配置，都首先為一號作戰讓路。優先補足中國戰場的日軍部隊缺額。不惜孤注一擲，進行了號稱堪比日俄戰爭的大動員：出動兵力高達51萬，馬匹6萬7千，運輸汽車1萬3千輛，補給船艇1萬餘艘，徵用日本幾乎所有能調動的道路、橋樑工程的維修人才與器材，還在日本戰爭史上第一次使用一個建制完整的坦克師團。參戰者也自稱，這是日本歷史上空前絕後的一次“亙古大遠征”。如此龐大的兵員，每天消耗的物資是驚人的。
應該說，如此規模的大兵團在如此廣闊的地理跨度上作戰，其後勤保障的水準已遠遠超過當時日本國力所能承擔的限度。而日本為了這一面子工程，不顧實際條件強行執行。造成了軍力的嚴重透支，帶來了大量戰鬥和非戰鬥人員死亡。而且損失的多是構成戰鬥力最精華的中堅部分，從損失結構上講，比太平洋戰場嚴重得多。
但日軍上下卻將一號作戰作當成為自己的民族打出一條出路的決戰，瘋狂到將什麼人員傷亡、物質損失等等一切皆置之度外。據薛嶽晚年回憶，戰役期間“敵高級指揮官亦多親臨前線指揮，為前所無”。在湖南戰場則尤其喪心病狂，甚至“白晝の敵前渡河”，從戰役一開始就造成日軍基層“工兵、歩兵の戦死、負傷者が圧倒的な多數”。薛嶽也指出：“攻長沙、衡陽時，（日軍）尤多踐戰死者屍體而厲行猛撲，雖全部戰死不惜，有時多數陣亡，僅殘餘一二士兵猶不肯降。其勇往邁進之精神，固值讚許，然實懍於危局，不能不傾國力，以圖苟延一線也”。
據衡陽第10軍電臺兵盧慶貽回憶，當時他們軍部機關人員在中央銀行三樓觀戰，在望眼鏡中看到城外日軍“用梯式進攻，一排一排的，一百把人一排，前排100多個，後面又是100多個，打著赤膊，全身只兜一條白布。端著刺刀彎起腰，對著我們猛衝”
第13師團是一支素以精銳著稱的老牌師團。在戰役期間死亡人數為4000人（參見長田榮太郎：《湘桂作戰第二期》），而傷病更多。但從其下屬聯隊的數字看，4000的數字似乎很保守。比如第65聯隊在戰役初期自湖南平江出發時為3800人，11月打到廣西河池，即已戰死和重傷、重病總數超過2300餘人，佔聯隊總兵力三分之二，輕傷輕病人數尚在其外。這其中戰死902人。在隨後的廣西防守與敗退過程中聯隊又死亡600人。可以說，湘桂一役下來，超員滿編的第65聯隊基本打光，就剩個空架子。
第3師團更是明治維新時就建立的老牌甲種師團，也是唯一全程參加八年侵華的師團，殘害中國生靈不計其數，可謂罪惡滔天。但在長衡會戰中，被阻滯於湘東山區的3師團先後在醴陵、茶陵、安仁遭重創。後在第27師團、第34師團和第13師團一部支援下，戰至月底，始突破圍阻。
經此一役，3師團下屬各聯隊的一線戰鬥中隊損失過半，像6聯隊第1大隊第3中隊自河南淅河出發時160人，到日本投降時已死亡87人，其中大半死於湖南。同師團的第34聯隊死亡多達1700餘人(僅6--8月期間就死亡737人)。
第40師團的傷亡總數雖無明確記載，但同樣有大量片斷證據可供參考。比如第一大隊第一中隊倖存者高橋幸回憶，所在中隊自湘北華陽出發時有近200人，到桂林戰役打響前只剩98人，光是他本人在進軍途中參與埋葬的死亡中隊戰友就達30人。這些倖存者隨後又在強攻桂林七星巖的戰鬥中再遭沉重打擊。這98人連同配屬的30人的工兵“肉迫隊”遭受“全滅”打擊，中隊長柴田也把性命搭上，高橋幸自認九死一生活了下來。同聯隊第三大隊的命運也和他所在的一大隊半斤八兩，光是衡陽外圍阻擊國軍第62軍一部的戰鬥，該大隊就打得只剩54人。
而40師團相對前幾個師團而言，擔任的多是配屬作戰任務，可這並未讓它逃脫沉重的懲罰。比如其下屬的235聯隊每個中隊都蒙受了100人以上的累計死亡，聯隊光死亡一項就在1000餘人以上。再算上傷病人數，聯隊實際處於全隊骨幹覆沒的狀態。
還有第27師團，這是特地為一號作戰而從關東軍序列中調來的2萬多人的滿編甲種師團。據日軍高層對師團基層部隊的表揚“感狀”顯示，不算河南作戰的損失，只從44年7月開始計算，27師團各大隊在湖南會戰期間的減員就突破70%！其它日文資料也證實，師團各步兵中隊僅剩60人，經過大力補充新兵仍僅120人。27師團下屬屯駐第3步兵聯隊的老兵藤原彰後來在著作中記載，聯隊從湘桂開戰到終戰，死亡高達1647人（《中國屯駐步兵第三聯隊日誌》）。
這還僅是步兵聯隊，27師團還轄有輜重、炮兵、工兵等配屬部隊，同步兵相比，他們雖處在二線，揮霍的性命卻同樣驚人。其獨立山炮第二聯隊第一大隊，在湖南被打得僅“殘生”奄奄一息的80名官兵。還有些歸屬師團不明的，像“中部第六部隊”，從其下屬騎兵第2大隊第3中隊的愛知縣士兵和田敏雄供認其戰友近半數戰死來看，其傷亡也不會小。
當然，也有人指出，51萬日軍並不僅限於豫湘桂的作戰，它們之中有相當一部份在廣東等次要戰場配合作戰。廣東戰場的戰鬥烈度無疑低得多，從表面上看，確實如此。但查一查他們的損失，卻也相當驚人。比如第161聯隊，光死就死掉729人，未遭傷亡的骨幹戰鬥人員亦是所剩無幾。
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